一、橡膠材料簡介

“塑料、橡膠、纖維” 人們通常會從三大高分子材料之一的地位上來認識橡膠其實較之塑料和纖維，橡膠還有更重要的地位:在四大工業(yè)基礎原料天然橡膠.煤炭.鋼鐵和石油中，天然橡膠是占有一席之地的，更重要的是，天然橡膠在四大原料之中,又是唯一的可再生資源。

橡膠是一類鏈骨架上含有多個未飽和的雙鍵的聚合物。這些雙鍵通常在氧、硫存在的情況下可以打開，在相鄰鍵之間形成交聯(lián)，因而具有其他材料所不具備的高彈性。橡膠可以從一些植物的樹汁中取得(如天然橡膠)，也可以是人造得到(如丁苯橡膠等)，而兩者均有相當多的應用產(chǎn)品，如輪胎、墊圈等。橡膠類材料顏色多為無色或淺黃色，加炭黑后顯黑色。不同的橡膠產(chǎn)品具備不同級別的彈性材料特征,這些材料所具備的硬度.斷裂伸長率.抗撕裂強度和拉伸強在有什北心江人工面業(yè)右潛術不軟力面的應用領域。

橡膠的玻璃化溫度低于室溫。在通常溫度下，橡膠除了具備高彈性的典型特征外，同時還具有耐疲勞、電絕緣、耐磨、耐腐蝕、耐溶劑和不透氣、不透水等性能。人們在選擇與評價橡膠時通常最關心其力學指標，主要包括硬度、彈性模量、抗拉強度、定伸強度、扯斷伸長率、撕裂強度、阿克隆磨耗等。值得一提的是，人類需求在橡膠工業(yè)的發(fā)展中同樣舉足輕重。

二、橡膠的性能

1.橡膠的性能指標

(1)抗拉強度:試樣在被拉伸破壞時，原橫截面上單位面積上所受的力。雖然橡膠很少在純拉伸條件下使用，但是橡膠的很多其他性能(如耐磨性、彈性、蠕變性等)與該性能密切相關。

(2)扯斷伸長率:試樣在被拉伸破壞時，伸長部分的長度與原來長度的比值。

(3)定伸強度:試樣被拉伸規(guī)定伸長率(通常為100%、300%和500%)時，拉力與拉伸前試樣的截面積之比。

(4)硬度:是橡膠抵抗變形的能力的指標之一。

(5)撕裂強度:試樣在單位厚度上所承受的負荷,用來表征橡膠耐撕裂性的好壞。

另外，還有許多其他性能指標，如呵克隆磨耗回彈性、耐老化性壓縮永久變形、低溫特性等。

三、橡膠類材料在3D打印中的應用

橡膠的種類繁多,不同的橡膠具有不同的特殊屬性，而不同橡膠的各種獨特屬性正好與3D打印的個性化設計思路致，可以賦予3D打印制品獨特的性能,因而受到了廣泛的關注。3D打印的橡膠類產(chǎn)品主要有消費類電子產(chǎn)品、醫(yī)療設備、衛(wèi)生用品以及汽車內(nèi)飾、輪胎、墊片、電線、電纜包皮和高壓、超高壓絕緣材料等。它們主要適用于展覽與交流模型、橡膠包裹層和覆膜、柔軟觸感涂層和方滑表面、 旋鈕、把手拉手、把手墊片、封條、橡皮軟管、鞋類等。

目前，橡膠類材料在3D打印中應用非常泛，有機硅橡膠的使用最為普遍，有機硅橡膠是指分子主鏈以Si- 0鍵為主，側基為有機基團(主要是中基)的一類線形聚合物。 其結構中既含有有機基團，又含有無機結構，這種特殊的結構使其成為兼具無機和有機的高分子彈性體。近年來,硅橡膠工業(yè)迅速發(fā)展，為3D打印材料的選擇提供了方便。有機硅化合物以及通過它們制得的復合材料品種眾多。性能優(yōu)異的不同有機硅復合材料,已經(jīng)通過3D打印在人們的日常生活中如農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、個人護理及日用品、汽車及電子電氣工業(yè)等不同領域得到了廣泛的應用。在3D打印領域,有機硅材料因為有其獨特的性能,成為醫(yī)療器械生產(chǎn)的首選。有機硅材料手感柔軟,彈性好，且強度較天然乳膠高。例如在醫(yī)療領域里使用的喉罩要求很高，罩體透明便于觀察,它必須能很好地插人到人體喉部，從而與口腔組織接觸;舒適并能反復使用,保持干凈清潔。

魔猴3D打印橡膠

首先,有機硅橡膠外觀透明，可以滿足各種形狀的設計;其次,它與人體接觸舒適，具有良好的透’氣性且生物相容性好，使人體不受感染，保持干凈清潔。

其次,它的穩(wěn)定性比較好，能反復進行消毒處理而不老化.因此已成為3D打印制備喉罩的首選。有機硅黏接劑是有機硅壓敏膠和室溫硫化硅橡膠。其中有機硅壓敏膠透氣性好，長時間使用不容易感染而且容易移除，可作為優(yōu)良的傷口護理材料。此外，有機硅橡膠還可以用于緩沖氣囊、柔軟劑、耐火保溫材料、絕緣材料、硅膠布等制品的生產(chǎn)。

魔猴3D打印橡膠

四、有機硅橡膠在3D打印領域具有廣泛的應用前景，與其獨特的性能密切相關。

(1)低溫性能。

橡膠具有高彈性，在低溫環(huán)境下，由于橡膠分子的熱運動減弱,大分子鏈及分子鏈段被凍結，就會逐漸失去彈性。影響橡膠低溫性能的兩個重要因素是玻璃化轉變溫度和結晶溫度。在月前所有的橡膠制品中，硅橡膠具有最低的玻璃化溫度。俄羅斯科學家用非結晶性硅橡膠制得了在一60“C、-90 C、-100 C和一120 C的低溫下，在空氣、惰性氣體和真空環(huán)境下能夠長期工作的橡膠制品，我國有機硅膠材料的最低使用溫度大多集中在一80 C以上，距國外水平還有很大差距。隨著對硅橡膠性能的研究,出現(xiàn)了最低使用溫度為一120 C至一90 C的乙基硅橡膠。各種硅橡膠的最低工作溫度:二甲基硅橡膠(MQ)-60 C,甲基乙烯基硅橡膠(MVQ)-70°C~-60 C,苯基硅橡膠一70 C,甲基苯基乙烯基硅橡膠100°C~-70C,甲基乙基硅橡膠一100 C,乙基硅橡膠一120C~一90。C，氟硅橡膠(FMVQ)-60C。

(2)高溫性能。

硅橡膠的熱氧老化過程主要有兩種：一種是主鏈的側基氧化分解，造成過度的交聯(lián)，使硅橡膠發(fā)脆發(fā)硬；二是主鏈斷裂，生成低分子環(huán)狀聚硅氧烷和直鏈低聚物，使硅橡膠發(fā)軟、發(fā)黏,這主要與其主鏈、側鏈基團、端基結構及添加劑種類等密切相關。因此各國學者對此做了大量的研究，提出通過改變聚硅氧烷的主鏈和側鏈結構、使用新型的硫化體系、添加添加劑、添加硅氮類化合物來提高硅橡膠的耐熱、耐氧化性能。目前室溫硫化硅橡膠(RTV)已能夠在150。C的環(huán)境下連續(xù)長期工作,在200。C的環(huán)境下能夠連續(xù)工作10000h,甚至有些有機硅橡膠產(chǎn)品能夠在350。C的條件下進行短時間的工作。

(3)耐氣候性。

硅橡膠具有非常優(yōu)異的耐氣候性,對臭氧的老化作用不敏感,即使長時間在風雨、紫外線等條件下暴露,其物理性能也不會受到實質(zhì)性的損傷。人們將硅橡膠、丁腈橡膠和丁苯橡膠起置于自然光下,觀察橡膠表面出現(xiàn)第一 道裂紋所需時間,結果發(fā)現(xiàn)，丁腈橡膠僅需半年到一年的時間，丁苯橡膠需要兩年到兩年半的時間,而硅橡膠則需要10年左右的時間。

(4)拒水性。

有機硅橡膠的拒水性能優(yōu)異，將其長時間浸泡在水中，只能吸收約1%的水分，并且不會對其機械性能及電學性能造成損傷。人們對硅橡膠進行水蒸氣實驗時發(fā)現(xiàn)，在正常的壓力下,水蒸氣不會對硅橡膠造成傷害，但是隨著壓力的增加，硅橡膠所受影響會越來越明顯。有數(shù)據(jù)表明:在高壓、150 C的條件下,聚硅氧烷分子鏈發(fā)生斷裂，硅橡膠的性能下降，這種情況可以通過選擇合適的中介物質(zhì)調(diào)整有機硅橡膠的結構來改善，目前已有許多經(jīng)改性后的硅橡膠產(chǎn)品能夠經(jīng)受高溫蒸汽。

(5)抗腐蝕性。

有機硅橡膠有很好的抗油性,即使在高溫下，也能很好地抵抗油劑的侵蝕。在一些常見的有機橡膠中，丁腈橡膠和氯丁二烯橡膠在100 C以下也具有優(yōu)秀的抗油性,但是在更高的溫度下,有機硅橡膠能夠表現(xiàn)出比它們優(yōu)異的抗油特性。此外,有機硅橡膠還具有優(yōu)異的抗有機溶劑和化學試劑的能力，它基本不受極性有機溶劑的影響;在非極性有機溶劑中，硅橡膠會有膨脹的現(xiàn)象，但不像其他的有機橡膠會降解，當硅橡膠離開這些溶劑后仍能恢復原樣。有機硅橡膠對酸的抵抗力差,使用時應注意。